Что случилось с водой Марса?

Миллиарды лет назад Красная планета могла бы называться синей; следы, обнаруженные на поверхности Марса, свидетельствуют, что воды было так много, что она образовывала бассейны, озера и глубокие океаны. Вопрос в том, куда же делась вся эта вода?

Ответ: никуда. Согласно новым исследованиям Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивного движения (JPL), значительная часть воды на Марсе — между 30 и 90 процентами — заключена в минералах земной коры. Исследования бросают вызов современной теории, что вода Красной планеты улеточилась в космос.

Команда исследователей обнаружила, что около четырех миллиардов лет назад на Марсе было достаточно воды, чтобы покрыть всю планету океаном глубиной от 100 до 1500 метров. Объем, примерно эквивалентный половине Атлантического океана Земли. Но миллиард лет спустя планета уже была такой же сухой, как и сегодня. Ранее ученые, пытавшиеся объяснить, что случилось с проточной водой на Марсе, предположили, что она улетучилась в космос, став жертвой низкой гравитации Марса. Хотя некоторая часть воды действительно покинула Марс таким образом, теперь кажется, что это явление не способно объяснить большую часть потерь воды.

«Утечка не объясняет полностью, сколько воды в действительности когда-то существовало на Марсе», — говорит кандидат технических наук Ева Шеллер, ведущий автор статьи, опубликованной журналом Science 16 марта и представленной в тот же день на Лунно-Планетарной научной конференции (LPSC). Соавторами Шеллер являются Бетани Элман, профессор планетарной науки и помощник директора Кекского института космических исследований; Юк Юнг, профессор планетарной науки и старший научный сотрудник JPL; аспирантка Калифорнийского университета Даника Адамс и Реню Ху, научный сотрудник JPL.

Команда исследовала количество воды на Марсе во всех ее формах (пар, жидкость и лед) и химический состав атмосферы и коры планеты путем анализа метеоритов, а также используя данные, предоставленные марсоходами и орбитальными аппаратами. Их интересовали в в первую очередь соотношение дейтерия и водорода (D/H).

Еще со школы нам всем известно: вода состоит из водорода и кислорода — H2O. Однако не все атомы водорода одинаковы. Существуют два стабильных изотопа водорода. Подавляющее большинство атомов водорода содержат протон в ядре атома, в то время как небольшое количество атомов (около 0,02 процента) существуют в виде дейтерия, или так называемого «тяжелого» водорода, который, вотличие от наиболее распространенного собрата, обладает протоном и нейтроном.

Более легкий водород (также известный как «протий») легче ускользает от гравитации планеты в космос, чем его более тяжелый аналог. Из-за этого утечка воды через верхние слои атмосферы оставила бы след, указывающий на достаточно характерное соотношение дейтерия и водорода в атмосфере планеты: позади осталась бы огромная часть дейтерия.

Однако утеря воды исключительно через атмосферу не может объяснить как наблюдаемое соотношение дейтерия и водорода в марсианской атмосфере, так и большое количество воды в прошлом. Вместо этого в исследовании предполагается, что наблюдаемую картину могло бы объяснить сочетание двух механизмов — заключение воды в минералах в земной коре и потеря воды в атмосфере.

При взаимодействии воды с породами химическое выветривание образует глины и другие минералы, содержащие воду как часть минеральной структуры. Этот процесс происходит как на Земле, так и на Марсе. Поскольку Земля является тектонически активной, старая кора постоянно плавится в мантию и образует новую кору на границах плит, возвращая воду и другие молекулы обратно в атмосферу через вулканизм. Марс, однако, в основном тектонически неактивен, поэтому «высыхание» поверхности, когда оно происходит, является перманентным.

«Очевидно, что утечка воды из атмосферы сыграла свою роль в потере воды, но результаты последних десяти миссий на Марсе указывают на то, что существовал огромный резервуар древних гидратированных минералов, образование которых с течением времени, безусловно, снижало доступность воды», — говорит Элманн.

«Вся эта вода была заключена довольно рано, а затем никогда не возвращалась обратно в круговорот», — говорит Шеллер. Исследования, в основе которых лежат данные метеоритов, телескопов, спутниковых наблюдений, а также образцы, проанализированные марсоходами, иллюстрируют важность наличия множества способов зондирования Красной планеты.

Эльман, Ху и Юнг ранее сотрудничали. Они занимались исследованием обитаемости Марса путем прослеживания истории углерода, поскольку углекислый газ является основным компонентом атмосферы. Далее группа планирует продолжать использовать данные по изотопному и минеральному составу для определения судьбы азотосодержащих и серосодержащих минералов. Кроме того, Шеллер планирует продолжить изучение процессов, при которых поверхностные воды Марса терялись в коре, используя лабораторные эксперименты, имитирующие марсианские процессы выветривания, а также наблюдения марсохода «Персеверанс». Шеллер и Элман также окажут помощь в проведении операции «Марс 2020» по сбору образцов горных пород для возвращения на Землю, что позволит исследователям и их коллегам проверить эти гипотезы о движущих факторах изменения климата на Марсе.

К счастью, мы живем не на Марсе, а на планете Земля. Наши океаны пока что еще с нами. А еще нам доступен домен в зоне .earth , и вот уж он-то точно никуда не испарится.